Giáo dục STEM là gì? Hướng dẫn đầy đủ dành cho phụ huynh và giáo viên

Nhiều phụ huynh và giáo viên đã nghe nói về Giáo dục STEM, nhưng họ thường không chắc chắn về ý nghĩa thực sự của nó trong thực tế. Giáo dục STEM chỉ đơn thuần là dạy khoa học và toán học, hay còn bao gồm một điều gì đó mạnh mẽ hơn cho sự phát triển của trẻ em?

Nếu không có sự hiểu biết rõ ràng, Giáo dục STEM có thể dễ dàng bị bỏ qua ở trường học và gia đình. Khi điều đó xảy ra, trẻ em có thể bỏ lỡ cơ hội phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề, sáng tạo và trí tò mò. Khi công nghệ tiếp tục định hình lại các ngành công nghiệp, việc thiếu vắng một nền giáo dục STEM vững chắc có thể khiến các thế hệ tương lai không được chuẩn bị cho những thách thức phía trước.

Tin tốt là Giáo dục STEM mở ra một hướng đi mới. Bằng cách kết hợp khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học vào học tập thực hành, Giáo dục STEM giúp trẻ em kết nối kiến thức trên lớp với các tình huống thực tế. Phương pháp này đảm bảo các em sẵn sàng đổi mới, thích nghi và phát triển trong một thế giới đang thay đổi nhanh chóng.

Giáo dục STEM là gì?

Cốt lõi của giáo dục STEM là phương pháp giảng dạy tích hợp, lấy học sinh làm trung tâm, bao gồm khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học.

Thay vì xem các ngành học này là những lĩnh vực nghiên cứu riêng biệt, STEM tích hợp chúng thành một chương trình giảng dạy thống nhất, thường mang tính thực hành, dựa trên dự án và dựa trên việc giải quyết vấn đề thực tế.

Trong giáo dục mầm non và tiểu học, STEM thường được thể hiện dưới hình thức các hoạt động thực hành: xây tháp bằng khối, thử nghiệm với nam châm, hoặc sử dụng robot lập trình đơn giản. Những trải nghiệm xúc giác và vui chơi này đặt nền tảng cho việc học STEM nâng cao hơn.

Việc xây dựng một cây cầu đơn giản trong lớp học có thể bao gồm:

• Khoa học: Hiểu về lực và trọng lực
• Công nghệ: Sử dụng các công cụ kỹ thuật số để thiết kế hoặc thử nghiệm mô hình
• Kỹ thuật: Áp dụng các nguyên tắc để xây dựng cấu trúc
• Toán học: Đo góc, tính toán sức chịu tải

Lịch sử của Giáo dục STEM

Thuật ngữ STEM nghe có vẻ như một phát minh hiện đại, nhưng nguồn gốc của nó đã có từ hơn hai thập kỷ trước. Ban đầu được Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF) vào đầu những năm 2000, STEM là câu trả lời cho những lo ngại ngày càng tăng về khả năng cạnh tranh toàn cầu của Hoa Kỳ trong đổi mới khoa học và công nghệ.

Điều thú vị là từ viết tắt ban đầu là SMET—Khoa học, Toán học, Kỹ thuật và Công nghệ. Nhưng nó đã nhanh chóng được sắp xếp lại thành “STEM” dễ nghe hơn. Đằng sau sự thay đổi ngữ nghĩa này là một động lực chiến lược sâu sắc hơn: thúc đẩy một mô hình giáo dục có thể lấp đầy khoảng trống kỹ năng, thúc đẩy đổi mới và hỗ trợ lực lượng lao động thế kỷ 21.

Khởi đầu là một sáng kiến tập trung vào Hoa Kỳ, giáo dục STEM đã nhanh chóng nhận được sự quan tâm trên toàn thế giới. Các quốc gia như Trung Quốc, Phần Lan, Hàn Quốc và Singapore nhận ra rằng thành công kinh tế trong tương lai sẽ phụ thuộc vào đổi mới, nghiên cứu và sự thành thạo kỹ thuật số. Vì vậy, giáo dục STEM đã trở thành nền tảng cho cải cách giáo dục quốc gia trên toàn thế giới.

PISA (Chương trình Đánh giá Học sinh Quốc tế) đã thúc đẩy hơn nữa nỗ lực toàn cầu này. Các quốc gia dẫn đầu về trình độ hiểu biết liên quan đến STEM cũng dẫn đầu về phát triển kinh tế, đổi mới sáng tạo và năng suất.

Tại sao giáo dục STEM lại quan trọng?

Giáo dục STEM trang bị cho trẻ em một khuôn khổ tư duy và giải quyết vấn đề vượt ra ngoài khuôn khổ trường học. Nó xây dựng những năng lực cần thiết cho cuộc sống, chứ không chỉ là những kỳ thi.

1. Trang bị cho sinh viên lực lượng lao động tương lai

Các công việc hiện đại ngày càng đòi hỏi tư duy phân tích, kiến thức công nghệ và khả năng thích ứng. Giáo dục STEM xây dựng tư duy tính toán, phân tích dữ liệu và kỹ năng giải quyết vấn đề phù hợp với nhu cầu của AI, tự động hóa, công nghệ sinh học và công nghệ xanh.

2. Phát triển tư duy phản biện và giải quyết vấn đề

Thông qua các thử thách mở, thí nghiệm và quy trình lặp đi lặp lại, học sinh phát triển kỹ năng tư duy phản biện. Các em học cách xây dựng giả thuyết, tiến hành kiểm tra, phân tích kết quả và tinh chỉnh phương pháp tiếp cận, từ đó chuẩn bị cho sự nghiêm ngặt trong học tập và sự phức tạp của thế giới thực.

3. Tăng cường sự tham gia và động lực

Khi việc học được gắn kết với các nhiệm vụ thực tế và có ý nghĩa, chẳng hạn như thiết kế, xây dựng và thử nghiệm, học sinh sẽ trở thành những người tham gia tích cực. Sự tham gia này thúc đẩy quá trình xử lý nhận thức sâu sắc hơn, sự kiên trì vượt qua thử thách và ý thức làm chủ cao hơn.

4. Thúc đẩy sự sáng tạo và đổi mới

Học tập STEM không phải là học vẹt; nó khơi gợi ý tưởng sáng tạo, tạo mẫu nhanh, thiết kế lại và kể chuyện. Người học định hình giải pháp thay vì tiếp thu kiến thức, phù hợp với nhu cầu tương lai của những người tư duy sáng tạo.

5. Hỗ trợ năng lực liên ngành

STEM thúc đẩy kiến thức tích hợp, tích hợp lý thuyết khoa học, lập luận toán học, thiết kế kỹ thuật và các công cụ công nghệ. Tư duy gắn kết này phản ánh hệ sinh thái thực tế, chứ không phải các kho học thuật nhân tạo.

6. Thúc đẩy công bằng và tính di động xã hội

Giáo dục STEM hiệu quả, đặc biệt khi dễ tiếp cận và hòa nhập, có thể mở ra con đường cho các nhóm chưa được đại diện đầy đủ, thu hẹp khoảng cách cơ hội và thúc đẩy sự thăng tiến. Khi học sinh từ nhiều nền tảng khác nhau tham gia vào giáo dục STEM, cộng đồng sẽ được hưởng lợi từ sự đổi mới và tính đại diện cao hơn.

Mô hình giảng dạy STEM

Giáo dục STEM hiệu quả không chỉ được xác định bởi nội dung mà còn bởi các mô hình giảng dạy được sử dụng để truyền tải nội dung đó. Phương pháp sư phạm đóng vai trò quan trọng trong việc xác định mức độ học sinh tiếp thu các khái niệm STEM sâu sắc như thế nào, khả năng ghi nhớ kiến thức ra sao và sự tự tin khi áp dụng các kỹ năng vào những bối cảnh không quen thuộc.

Dưới đây là các mô hình giảng dạy STEM được công nhận rộng rãi và được nghiên cứu chứng minh. Mỗi mô hình mang lại những lợi ích khác nhau và có thể được điều chỉnh phù hợp với môi trường học tập tại lớp học hoặc ở nhà.

Học tập dựa trên dự án (PBL)

PBL Đặt học sinh vào trung tâm của một dự án dài hạn, có ý nghĩa, bắt nguồn từ một vấn đề thực tế. Trong bối cảnh STEM, điều này có thể bao gồm việc xây dựng nguyên mẫu, thiết kế thí nghiệm hoặc giải quyết các vấn đề cộng đồng.

Những lợi ích:

• Khuyến khích sự tìm hiểu sâu sắc và sự tham gia bền vững
• Thúc đẩy tinh thần làm việc nhóm, trách nhiệm giải trình và tư duy lặp đi lặp lại
• Liên kết nội dung STEM với trách nhiệm công dân và môi trường

Ví dụ:Một nhóm học sinh trung học thiết kế một máy bơm nước chạy bằng sức gió cho một ngôi làng dễ bị hạn hán, tích hợp vật lý (năng lượng), kỹ thuật (thiết kế) và toán học (đo lường).

Học tập dựa trên tìm hiểu (IBL)

TRONG IBLHọc sinh chủ động dẫn dắt quá trình học tập bằng cách đặt câu hỏi, hình thành giả thuyết, tiến hành điều tra và rút ra kết luận. Giáo viên đóng vai trò là người hướng dẫn chứ không phải là người cung cấp thông tin.

Những lợi ích:

• Phát triển kiến thức khoa học
• Khuyến khích sự tò mò và lý luận dựa trên bằng chứng
• Hỗ trợ hướng dẫn phân biệt cho nhiều trình độ học tập khác nhau

Ví dụ:Trong một đơn vị sinh học, học sinh được hỏi: "Các môi trường khác nhau ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật như thế nào?" Các em tự thiết kế các thí nghiệm và thu thập dữ liệu theo thời gian.

Tư duy thiết kế

Có nguồn gốc từ kỹ thuật và kinh doanh, tư duy thiết kế là một khuôn khổ hướng đến giải pháp tập trung vào sự đồng cảm, ý tưởng, tạo mẫu và thử nghiệm.

Những lợi ích:

• Nuôi dưỡng khả năng giải quyết vấn đề dựa trên sự đồng cảm
• Lý tưởng để giải quyết các vấn đề xã hội hoặc môi trường
• Thúc đẩy sự sáng tạo và học tập lặp đi lặp lại

Ví dụ: Học sinh phát triển các công nghệ hỗ trợ cho người khuyết tật sau khi phỏng vấn người dùng thực tế và xác định nhu cầu của họ.

Mô hình học tập kết hợp và trực tuyến

Học tập kết hợp kết hợp giảng dạy trực tiếp với nền tảng kỹ thuật số, lý tưởng cho việc học STEM từ xa hoặc lớp học kết hợp.

Những lợi ích:

• Cung cấp tính linh hoạt và khả năng tiếp cận
• Cung cấp lộ trình học tập được cá nhân hóa thông qua công nghệ thích ứng
• Khuyến khích việc tự học kỹ năng

Thận trọng: Yêu cầu công bằng kỹ thuật số và giám sát thời gian sử dụng màn hình một cách có trách nhiệm.

Lớp học đảo ngược

Trong mô hình đảo ngược, học sinh truy cập nội dung hướng dẫn (video, bài đọc) ở nhà và dành thời gian trên lớp cho hoạt động thực hành, thảo luận hoặc làm việc trong phòng thí nghiệm.

Những lợi ích:

• Tối đa hóa thời gian trong lớp học để cộng tác
• Khuyến khích học tập theo nhịp độ của bản thân
• Hỗ trợ duy trì nội dung thông qua sự tương tác tích cực

Tốt nhất cho: Học sinh trung học phổ thông hoặc các học sinh lớn hơn có khả năng tiếp cận công nghệ và kỹ năng học tập độc lập.

STEM và STEAM: Sự khác biệt là gì?

Tính năng	THÂN CÂY	HƠI NƯỚC
Sự định nghĩa	Tích hợp Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học	Mở rộng STEM để bao gồm Nghệ thuật (STEAM: Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Nghệ thuật, Toán học)
Mục tiêu chính	Phát triển kỹ năng phân tích, kỹ thuật và giải quyết vấn đề	Kết hợp tư duy phân tích và kỹ thuật với sự sáng tạo, đồng cảm và đổi mới
Tập trung	Tập trung vào logic, lý luận, thử nghiệm và phân tích định lượng	Bao gồm thiết kế hình ảnh, kể chuyện, trí tuệ cảm xúc và tư duy diễn giải
Kỹ năng được phát triển	Mã hóa, phân tích dữ liệu, thiết kế kỹ thuật, nghiên cứu khoa học	Thêm giao tiếp, hợp tác, bối cảnh văn hóa và thiết kế giàu trí tưởng tượng
Con đường sự nghiệp	Kỹ thuật, khoa học dữ liệu, robot, công nghệ sinh học, phát triển phần mềm	Tất cả các lĩnh vực STEM cộng với nghệ thuật kỹ thuật số, thiết kế trải nghiệm người dùng, kiến trúc, công nghệ giáo dục
Phương pháp đánh giá	Thường dựa trên dự án, sử dụng các tiêu chí định lượng, nguyên mẫu và thử nghiệm	Thêm danh mục tường thuật, triển lãm, bài thuyết trình đa phương tiện
Triết lý giáo dục	Sự nghiêm ngặt khoa học truyền thống và kiểm soát thực nghiệm	Khám phá liên ngành với trọng lượng ngang bằng với biểu hiện và hình thức

Học tập kết hợp STEAM

Học tập kết hợp STEAM tích hợp các công cụ kỹ thuật số và phương pháp sư phạm liên ngành với sự phát triển nhận thức phù hợp với từng lứa tuổi. Dưới đây là các mô hình được phân cấp theo từng cấp trường, mỗi mô hình được thiết kế riêng phù hợp với nhu cầu và năng lực phát triển của học sinh:

Giáo dục STEM cho trẻ nhỏ

Ở bậc mầm non, việc học STEAM chủ yếu mang tính khám phá và dựa trên giác quan. Phương pháp này nhấn mạnh:

• Chơi với hình dạng, hoa văn và kết cấu
• Sử dụng sách tranh để khám phá thiên nhiên, máy móc hoặc nghệ thuật
• Thử nghiệm với ánh sáng, pha trộn màu sắc và âm thanh
• Khám phá nguyên nhân-kết quả đơn giản (ví dụ, cái gì nổi và cái gì chìm)

Ở đây, việc học tập hướng đến quá trình chứ không phải hướng đến sản phẩm. Mục tiêu là nuôi dưỡng sự tò mò, chứ không phải sự thành thạo.

Giáo dục STEM ở trường tiểu học

Từ lớp 1 đến lớp 5, STEAM trở nên có cấu trúc hơn nhưng vẫn vui nhộn:

• Học sinh tham gia vào quá trình lập trình cơ bản bằng ngôn ngữ trực quan như Scratch
• Các dự án kết hợp kể chuyện với khoa học (ví dụ, viết về chu kỳ sinh trưởng của thực vật)
• Nghệ thuật được sử dụng để mô hình hóa các ý tưởng khoa học—như vẽ chu trình nước hoặc xây dựng các hành tinh bằng đất sét
• Các dự án nhóm xây dựng kỹ năng cộng tác và giao tiếp

Trọng tâm là học tập đa phương thức—cho phép học sinh thể hiện sự hiểu biết theo nhiều cách khác nhau, không chỉ thông qua các bài kiểm tra.

Giáo dục STEM ở trường trung học cơ sở

Đây là giai đoạn quan trọng mà nhiều học sinh hoặc trở nên tự tin với STEAM, hoặc bắt đầu mất hứng thú. Các chiến lược STEAM chính bao gồm:

• Giới thiệu những thách thức thiết kế thực tế (ví dụ: quy hoạch thành phố thân thiện với môi trường)
• Khám phá những đóng góp về văn hóa và lịch sử cho khoa học và nghệ thuật
• Sử dụng công nghệ in 3D, robot và phương tiện kỹ thuật số để tạo dự án
• Kết hợp toán học với nghệ thuật thông qua các mẫu hình, hình học và tính đối xứng

Các nhà giáo dục ở giai đoạn này cần phải cảnh giác về khoảng cách giới và bình đẳng. Họ phải đảm bảo rằng tất cả học sinh, đặc biệt là trẻ em gái và các nhóm thiểu số chưa được đại diện, đều cảm thấy được trao quyền và hòa nhập.

Giáo dục STEM ở trường trung học

Ở đây, giáo dục STEAM trở nên sâu sắc, nghiêm ngặt và hướng tới nghề nghiệp:

• Sinh viên làm việc trên các dự án tổng kết liên ngành
• Các khóa học như "Kỹ thuật và Đạo đức" hoặc "Nghệ thuật và Trí tuệ nhân tạo" được giới thiệu
• Các chương trình chuẩn bị vào đại học và nghề nghiệp, bao gồm thực tập và cố vấn trong ngành, được lồng ghép
• Nền tảng học tập kết hợp cho phép học sinh khám phá sở thích ngoài lớp học

Chương trình STEAM ở trường trung học không chỉ chuẩn bị cho học sinh vào đại học mà còn chuẩn bị cho khả năng thích ứng và đổi mới suốt đời.

Đồ chơi và tài nguyên STEM dành cho trẻ em

Đồ chơi STEM đóng vai trò là cánh cổng dẫn đến khám phá, học tập và gắn kết lâu dài với khoa học và công nghệ. Các nguồn tài nguyên STEM chất lượng không chỉ mang tính giải trí mà còn phù hợp với các mốc phát triển và mục tiêu giáo dục.

Đồ chơi xây dựng mở

• Khối gỗ
• Gạch từ tính
• Bộ bánh răng liên động

Đồ chơi mã hóa

• Robot không có màn hình, tuân theo trình tự
• Các nền tảng mã hóa dành cho người mới bắt đầu như Scratch hoặc Cubetto
• Sách thực tế tăng cường dạy logic lập trình

Trò chơi toán học

• Thanh số Montessori và quầy
• Đồ chơi xếp hình
• Trò chơi xúc xắc và bảng mẫu

Bộ dụng cụ khoa học dựa trên thiên nhiên

• Thí nghiệm trồng trọt
• Khám phá nam châm
• Bộ dụng cụ quan sát côn trùng

Những thách thức đối mặt với giáo dục STEM

Bất chấp những hứa hẹn, con đường hướng tới giáo dục STEM rộng khắp, công bằng và có tác động sâu rộng vẫn còn đầy thách thức. Những trở ngại này cần được giải quyết một cách cấp bách và tinh tế.

Tiếp cận và Công bằng

• Sự chênh lệch về tài trợ dẫn đến việc tiếp cận không bình đẳng với phòng thí nghiệm, công nghệ, giáo viên có trình độ và các cơ hội ngoại khóa.
• Học sinh ở vùng nông thôn, có thu nhập thấp và nhóm dân số thiểu số thường gặp phải rào cản trong việc tiếp cận các chương trình STEM mạnh mẽ.

Đào tạo và hỗ trợ giáo viên

• Nhiều giáo viên thiếu sự chuẩn bị chính thức về giảng dạy STEM liên ngành.
• Phát triển chuyên môn liên tục không khả thi hoặc bị phân mảnh, hạn chế chất lượng giảng dạy.

Sự cứng nhắc của chương trình giảng dạy

• Các bài kiểm tra chuẩn hóa thường thu hẹp chương trình giảng dạy, không còn nhiều chỗ cho việc tìm tòi, sáng tạo hoặc khám phá liên ngành.
• Nhiều chương trình STEM vẫn tập trung vào việc truyền tải nội dung, không phải ứng dụng, phân tích hoặc đổi mới.

Khoảng cách giới tính và chủng tộc

• Những thành kiến dai dẳng và thiếu sự đại diện ảnh hưởng đến sự tham gia và thành tích của học sinh.
• Nhiều bé gái và học sinh da màu phải đối mặt với định kiến hoặc sự khuyến khích hạn chế trong các con đường STEM nâng cao.

Sự phụ thuộc vào tài nguyên

• Các chương trình STEM chất lượng cao thường phụ thuộc vào thiết bị hoặc vật liệu đắt tiền, gây ra vấn đề về khả năng mở rộng.
• Vấn đề khoảng cách số vẫn còn tồn tại ở các trường học, đặc biệt là ở những khu vực thiếu kinh phí.

Những nghề nghiệp nào được coi là nghề nghiệp STEM?

Một trong những mục tiêu chính của Giáo dục STEM là chuẩn bị cho học sinh những nghề nghiệp tương lai. Những vai trò này vượt xa khuôn mẫu "kỹ sư" hay "lập trình viên phần mềm".

Sau đây là các lĩnh vực nghề nghiệp chính trong nhóm STEM:

Khoa học

• Nhà khoa học môi trường
• Nhà hóa sinh
• Nhà dịch tễ học
• Chuyên viên phân tích pháp y
• Nhà khoa học thực phẩm

Công nghệ

• Nhà phát triển phần mềm
• Nhà khoa học dữ liệu
• Chuyên viên phân tích hệ thống CNTT
• Chuyên gia an ninh mạng
• Kỹ sư AI/Học máy

Kỹ thuật

• Kỹ sư xây dựng
• Kỹ sư cơ khí
• Kỹ sư hàng không vũ trụ
• Kỹ sư Robot
• Kỹ sư năng lượng tái tạo

Toán học

• Thống kê viên
• Nhà thống kê
• Nhà phân tích định lượng
• Chuyên viên phân tích nghiên cứu hoạt động
• Giáo viên Toán học

Công nghệ Y tế và Sức khỏe

• Kỹ sư Y sinh
• Cố vấn di truyền
• Chuyên viên phân tích dữ liệu y tế
• Kỹ thuật viên phòng thí nghiệm

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo viên dạy STEM như thế nào?
   Phương pháp giảng dạy STEM hiệu quả là thực hành, liên ngành và dựa trên tìm tòi. Giáo viên sử dụng các vấn đề thực tế, dự án hợp tác, công nghệ và các chiến lược thiết kế lặp đi lặp lại.
2. Làm thế nào cha mẹ có thể khuyến khích con học STEM?
   Cha mẹ có thể thúc đẩy STEM tại nhà thông qua các cuộc trò chuyện khơi gợi trí tò mò, các dự án thực hành, đồ chơi và ứng dụng STEM, học tập trực tuyến và ghi nhận các quá trình học tập, thậm chí cả những thất bại.
3. STEM chỉ dành cho sinh viên chuyên ngành Khoa học và Toán học thôi sao?
   Hoàn toàn không. STEM xây dựng tư duy đa dạng, áp dụng được cho thiết kế, kinh doanh, y tế, nghệ thuật hoặc khoa học xã hội. Nó nhấn mạnh vào kỹ năng, chứ không chỉ chuyên môn hóa.

Phần kết luận

Giáo dục STEM không chỉ là một xu hướng; đó là một cuộc cách mạng. Khi thế giới ngày càng phức tạp, kết nối chặt chẽ và được thúc đẩy bởi công nghệ, những kỹ năng được bồi dưỡng bởi STEM càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết.

Cho dù bạn là phụ huynh nuôi dưỡng sự tò mò của con mình ở nhà hay là giáo viên thiết kế chương trình giảng dạy cho học kỳ tiếp theo, hãy nhớ:

• Bắt đầu nhỏ nhưng suy nghĩ lớn—mọi câu hỏi, vấn đề hoặc dự án đều là một cơ hội.
• Coi thất bại như một công cụ học tập.
• Để học sinh tự chủ trong hành trình học tập của mình.
• Xây dựng các hoạt động của bạn dựa trên sự công bằng, phù hợp và kỳ vọng cao.

Giáo dục không còn là việc chuẩn bị cho học sinh bước vào một thế giới tĩnh tại; mà là trang bị cho các em khả năng định hình tương lai. Và giáo dục STEM, khi được thực hiện đúng cách, có thể cung cấp cho các em công cụ, tư duy và sự tự tin để đạt được điều đó.